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一、研究意义及背景
锅炉是能源转换装置，锅炉与内燃机统称热机。锅炉与内燃机是人类仅有的两种能源转换装置，已知能源的93%是通过热机转换的，通过热机转换的能源，其中有59%又是通过锅炉转换的。锅炉解决了工业动力、生活动力、照明、供热、炊事等问题。内燃机解决了自动车的动力问题。在能源种类的消耗比例上大致是：锅炉消耗了几乎100%的矿产固体燃料（煤炭），消耗了约1%的液体燃料（石油），消耗了95%的气体燃料（天然气）。消耗了绝大部分的农作物茎、杆、根和木柴等。据统计资料显示，2005年全球消耗153亿吨矿产能源，锅炉消耗能源占总能源的53%，略高于内燃机，约为81亿吨。锅炉热效率每提高1%，就意味着每年能够节约0.81亿吨矿产能源。同时减少排入大气的二氧化碳2.38亿吨。。就节能减排而言，燃煤锅炉是我国主要的能源消耗设备和大气污染排放源，其高效低污染运行，对我国节能环保有重要意义[1]。
近年来,大型集中供热锅炉房的控制系统开始采用可编程逻辑控制器PLC(ProgrammableLogicCon-troller)控制方式。在集中供热锅炉房,PLC主要用于输煤、驱动风机及进行比例积分微分PID(ProportionalIntegralDerivative)调节控制系统中[2]。当前国内许多地方的锅炉控制系统主要是采用分布式控制系统DCS(DistributedControlSystem)[3]，这是由于锅炉系统的仪表信号较多,采用此系统性价比相对较好,但随着PLC技术的不断发展,PLC在仪表控制方面的功能已经不断强化[4]。
目前，国内除了一些大中型锅炉采用了先进的控制技术(如DCS、FCS)外，一般的小型锅炉仍在使用仪表、继电器作为主要的控制手段(如DDZ-Ⅱ或M型系列仪表)，人为参与过多，工作条件差，劳动强度大，锅炉的热效率低，资源浪费和污染严重[5]。
城市供暖的锅炉在启停和运行的过程中都需要精确的实时控制，大多数锅炉系统的控制还采用继电器逻辑控制。这类系统自动化程序很低，大部分操作还是由手动来完成，只能处理一些开关量问题，无法处理系统的模拟量，即使控制一些开关量，其电气线路复杂，可靠性不高，不便维护，实际锅炉系统控制中每台炉就需要一套继电器控制系统，而采用OMRONCQM系列可编程控制器设计的控制系统，以较低的成本实现了在延吉20T水炉的系统自动控制，取得了较好的运行效果。锅炉燃烧系统是一个多变量输入、多变量输出、大惯性、大滞后且相互影响的一个复杂系统。锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应负荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济运行。对于给定出水温度的情况下，需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态[6]。
二、研究现状
以前的锅炉控制是结合人工常规仪表监控，操作工人的劳动强度大、环境污染情况突出、运行工况不稳定、燃料消耗大、热效率低也成为重要的制约因素。而该系统是采用简单的单元组合仪进行控制，因此长时间在手动运行的状态之下，这也就给实时记录数据增加了困难。而像锅炉超压、超温、缺水亦或是满水的一系列异常状况也无从查实，锅炉运行的实际热效率也普遍达不到原设计的指标，锅炉的运行参数也不能及时有效的传到集中控制室，操作人员也无法方便快捷的调节参数。这就使得控制手段单调、精度低，控制系统的优势也不能得到充分的发挥。而工人劳动强度大、环境污染严重、实际效率低的问题也逐渐暴露出来，为此必须对锅炉控制系统进行行之有效的改造，以避免事故处理不当可能造成的锅炉管爆炸从而产生的威胁锅炉安全运行和操作人员人身安全受到伤害的情况发生[7]。
锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性的相互关联的复杂调节对象各个输入参数和输出参数有许多交叉影响。锅炉自动化控制，它根据参数的动态性能，是一个综合性的多环控制。如果缺乏必要的检测装置，采用不适当的配置的自动控制，不仅难以提高锅炉的热效率，而且可能造成能源消耗加大。因此，从能源利用角度及环保角度出发，加快锅炉系统改造，改善其自动化控制水平，是一个非常现实的任务[8]。为实现锅炉控制系统的较好控制,采用单片机和PLC共同作用的方案[9],输入信号由单片机采集并处理后再送入PLC。PLC接收外部输入信号,通过预先编制好的控制算法进行分析、计算,算法的结果通过PLC的输出端去控制就地的给水调节阀门[10]。
乌鲁瓦提水利枢纽工程每年11月至次年4月为供暖期，在设计之初基于环保和能源取用方便的考虑，生活区采用了电锅炉作为供暖源，设置了2台800kW电热锅炉，电热锅炉控制采用单片机为控制核心的专用控制系统[11]。供暧锅炉燃烧过程自动控制的任务是既提供热量满足出水温度负荷的需要,又要保证燃烧效率和锅炉运行的经济性、安全性[12]。
早期的锅炉控制多为继电器线路，易老化，灵敏度低，长期运行后会经常出现故障，给正常生产造成影响[13]。采用可编程控制器（PLC）对锅炉进行控制，克服了传统的继电器控制线路的不足，可以完成对开关量和模拟量的控制，满足了系统对控制稳定性和准确性的要求。我们设计了炉点火自动控制装置，采用了先进的PLC控制技术。PLC不仅具有逻辑控制功能，而且还具有运算、数据处理和数据传送等功能。采用可编程控制器（PLC）设计的控制系统实现了锅炉的系统自动控制，既经济又环保[14]。
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